Біполярні транзистори

Асортимент категорії Біполярні транзистори

Біполярні транзистори: пристрій, принцип і режими роботи

Основною функцією біполярного транзистора це збільшення потужності вхідного електричного сигналу. Ці напівпровідникові радіокомпоненти з'явилися, як альтернатива електровакуумних тріодів, і з часом практично витіснили їх. Заради справедливості зазначимо, що лампи застосовуються і зараз, але в дуже вузькому сегменті апаратури спеціального призначення. У масовій же радіотехніці використовуються, в основному, транзистори - біполярні і їх найближчі «родичі» польові.

Ключова перевага цих елементів складається в мініатюрності. Електровакуумний підсилювач зі схожими характеристиками виявляється в кілька разів більші за біполярного транзистора. Внаслідок цього застосування біполярного транзистора в радіоелектроніці призводить до суттєвого зменшення габаритних розмірів кінцевої радіотехнічної продукції.

Біполярним транзистор називається через те, що в фізичних процесах, що протікають під час його функціонування, беруть участь обидва типи носіїв заряду - і електрони, і дірки. Це впливає на принцип управління вихідним сигналом. У біполярних транзисторах вихідними параметрами керує струм, а не електричне поле, як в польових.

Біполярні транзистори складаються з 3 частин - емітера, колектора і бази. Таким чином, ключовими елементами біполярного транзистора є два p-n переходи, а не один, як у польових. Емітер виконує функцію генератора носіїв заряду, які формують робочий струм, який тече в приймач - колектор. База необхідна для подачі напруги, яка керує.

Якщо розглядати плоску модель біполярного транзистора, то радіокомпонент має дві області з p- або n-провідністю (емітер і колектор), розділені тонким шаром напівпровідника з провідністю зворотного знака (база). Напівпровідниковий кристал з боку колектора фізично більший. Таке співвідношення забезпечує правильну роботу біполярного транзистора.

Залежно від типу провідності емітера, колектора і бази розрізняють PNP і NPN транзистори. В принципі, вони функціонують однаково з тією лише різницею, що до них додаються напруги різної полярності. Вибір того чи іншого типу визначається особливостями конкретних радіотехнічних пристроїв.

Принцип роботи біполярного транзистора.

При підключенні емітера і колектора до джерела живлення створюються майже всі умови для протікання струму. Однак вільному переміщенню носіїв заряду перешкоджає база, і для усунення цієї перешкоди на неї подається напруга відкривання.

Якщо струм, що протікає через базу, змінюється по якомусь закону, то точно так само змінюється і потужний струм між емітером і колектором. Отже, ми отримуємо на виході біполярного транзистора такий же сигнал, як і на базі, але з більшою потужністю. В цьому і полягає підсилювальна функція біполярного транзистора.

Режими роботи.

Існують 4 режими, в одному з яких може працювати біполярний транзистор. У цей список входять наступні:

• ключовий режим;
• активний режим;
• насичення;
• бар'єрний режим.

Існує ще так званий інверсний режим, але він на практиці не використовується і цікавий тільки при теоретичних дослідженнях поведінки напівпровідників. Тому описуємо тільки чотири режими.

Ключовий режим
У тому випадку, якщо різниця потенціалів між емітером і базою нижче деякого значення (приблизно 0.6 В), то база-емітерний p-n перехід виявляється закритим, оскільки струм бази не виникає. У зв'язку з цим колекторний струм не протікає з тої причини, що в базовому шарі відсутні вільні електрони. Таким чином, транзистор переходить в закритий стан і сигнал не посилює. Цей режим використовується в цифрових схемах, коли біполярний транзистор працює як ключ в положенні «розімкнутий».

Активний режим
В цьому режимі радіокомпонент підсилює сигнал, тобто виконує свою основну функцію. На базу подається різниця потенціалів внаслідок цього відкривається база-емітерний p-n перехід. Як наслідок, в транзисторі починають протікати струми колектора і бази. Значення колекторного струму обчислюється як арифметичне похідне величини струму бази та коефіцієнта підсилення.

Насичення
В цей режим біполярний транзистор входить при збільшенні струму бази до якогось граничного значення, при якому p-n перехід повністю відкривається. Значення струму, що протікає через біполярний транзистор при його насиченні, залежить лише від напруги живлення і величини навантаження в колекторі ланцюга. В даному режимі вхідний сигнал не підсилюється, адже колекторний струм не сприймає змін струму бази. Здатність транзистора до переходу в насичення використовується в цифровій техніці, коли транзистор грає роль ключа в замкнутому положенні.

Бар'єрний режим
Тут транзистор працює як діод з послідовно включеним резистором. Для цього базу безпосередньо або через малоомний опір з'єднують з колектором. В даному режимі біполярні транзистори добре показують себе в високочастотних схемах. Крім того, використання транзистора в бар'єрному режимі доцільно на реальному виробництві для зниження загальної кількості комплектуючих.